人机合作机器人(collaborative robot简称cobot)是一种与人在同一作业空间内直接进行合作的新型机器人。它继承了传统工业机器人的作业精度高、承载力强的特点，同时发挥了操作者的智能、视觉、触觉和灵活性等特长，使机器人和操作者在同一作业空间内合作成为可能。cobot不仅降低了劳动者的劳动强度，而且提高了生产效率。cobot技术在智能助力作业设备、医疗中的外科手术、虚拟现实、临场感技术以及日常生活等方面都有广泛应用。课题重点对基于不完全约束传动机构的虚拟约束理论进行研究，设计了cobot所需的硬件电路，设计了cobot的控制方案，进行了cobot实验样机研制和实验研究，具体研究如下：根据虚拟约束理论，对基于双超越离合器的不完全约束机构进行了研究，并提出了其工作模式。设计了cobot所需要的控制系统硬件电路，包括基于单片机的主控电路、基于H桥原理的功率驱动电路。根据cobot工作特点完成了下位机软件编程，提出了上下位机通信协议，并且完成了cobot上位机的基本程序模块，如初始化模块、通信模块等。基于dSPACE半物理仿真平台对cobot进行了实验研究，测试了cobot各项性能指标，进行了上、下位机的控制硬件和软件调试。同时，验证了cobot控制策略的可行性。